Struktura buněčné membrány

Pouze velmi tenká, pružná bariéra odděluje obsah buňky od jejího prostředí. Funkce buněčné membrány selektivně umožňuje výměnu a průchod určitých molekul při současném zadržování nežádoucích látek. Části buněčné membrány také umožňují buňce komunikovat s jinými buňkami a okolním prostředím. Rostliny i zvířata mají buněčné membrány, ale jejich struktura a organizace buněčné membrány se liší rostliny, kvasinky a bakterie mají tuhou buněčnou stěnu vně membrány pro další podporu a strukturu. Unikátní funkce buněčné membrány diktují její strukturu a vlastnosti.

Dvouvrstvá struktura speciálních lipidových molekul, nazývaných fosfolipidy, tvoří buněčnou membránu. Každý fosfolipid má dva řetězce mastných kyselin připojené k fosfát-glycerinové hlavě. Mastné kyseliny jsou hydrofobní (nenávidí vodu), kde je fosfátová hlava hydrofilní (milující vodu). Tyto dvě vrstvy fosfolipidů jsou umístěny tak, že mastné kyseliny jsou uvnitř vrstev nebo letáků. Podle „Carnegie-Mellon: Struktura a funkce buněčné membrány“, když přijde dvouvrstvá membrána při kontaktu s vodou se molekuly fosfolipidů přeskupí tak, aby udržovaly ocasy mastných kyselin daleko voda.

V buněčné membráně jsou rozptýleny dva druhy proteinů: integrální proteiny a periferní proteiny. Integrální proteiny vyrobené z dlouhých řetězců aminokyselin procházejí celou membránou. Některé části proteinu interagují s vnějším prostředím a jiné části interagují s vnitřkem buňky. Integrální proteiny se proto také nazývají transmembránové proteiny. Integrální proteiny mají dvě hlavní funkce. Působí jako póry, které propouštějí určité „ionty nebo živiny do buňky“ a „přenášejí signály do a ven z buňky“, uvádí James Burnette III v článku Carnegie-Mellon.

Naproti tomu periferní proteiny se připojují pouze k povrchu membrány a slouží jako kotvy pro cytoskelet nebo extracelulární vlákna.

Sacharidový obal známý jako glykokalyx pokrývá povrch buněk. Glykokalyx je vyroben z krátkých oligosacharidů připojených k určitým typům transmembránových proteinů. Podle „The Cell: Structure of the Plasma Membrane“ poskytuje glykokalyx identitu buňky. V zásadě poskytuje sadu značek, které rozlišují mezi identickými buňkami a cizími nebo napadajícími buňkami. Glykokalyx také slouží k ochraně buněčného povrchu.

Cholesteroly jsou dalším typem lipidů nacházejících se na buněčné membráně. Cholesteroly rozptýlené po celém vnitřku mastných kyselin zabraňují příliš těsnému ocasu a pomáhají udržovat membránovou tekutinu.

Buněčná membrána, kterou poprvé navrhli Singer a Nicolson („Věda“, 18. února 1972) jako Fluid Mosaic Model, má dvě základní vlastnosti, které jí umožňují vykonávat své funkce. Za prvé, buněčná membrána je mozaiková struktura různých molekul. Každý typ buňky v mnohobuněčných a jednobuněčných organismech bude mít jedinečnou sbírku a kombinaci bílkovin, sacharidů a lipidů. Burnette of Carnegie-Mellon například uvádí, že membrána červených krvinek obsahuje více než 50 druhů bílkovin.

Druhou vlastností buněčné membrány je její tekutost. Fosfolipidy se volně pohybují kolem a přeskupují se v každé vrstvě membrány, ale zřídka procházejí hydrofobní oblastí a přenášejí se do opačné vrstvy, podle Burnette. Hydrofilní hlavy jsou vždy na vnějším obvodu a hydrofobní konce zůstávají v jádru dvojvrstvy.

Tekutá vlastnost membrány má za následek asymetrické dvojvrstvy. Burnette popisuje, že v reakci na měnící se prostředí nebo rozdílné teploty uvnitř a vně buňky může být více proteiny nebo molekuly sacharidů na každé vrstvě v kteroukoli dobu, což umožňuje selektivní průchod molekul a iontů přes membrána.

Ilustrace vlastností tekuté mozaiky buněčné membrány je uvedena v „Carnegie-Mellon: Struktura a funkce buněčné membrány“.